Ալյումինի մակերեսային մշակման տեխնոլոգիա. մետաղի «կախարդական ծածկույթը»

Սմարթֆոնների պատյանների, ինքնաթիռների պատյանների և շենքերի վարագույրների պատերի արտադրամասում հարթ հայելի էալյումինե թիթեղկարող է վերածվել «խելացի մաշկի», որը դիմացկուն է մատնահետքերին, քերծվածքներին և նույնիսկ գունաթափվում է խորհրդավոր մշակումից հետո: Սա է ալյումինի մակերեսային մշակման տեխնոլոգիայի կախարդանքը. ֆիզիկական, քիմիական կամ կենսաբանական միջոցներով ալյումինի մակերեսին կառուցվում են տարբեր ֆունկցիոնալ «մոլեկուլային զրահներ», որոնք թույլ են տալիս սովորական մետաղներին ճառագայթել արտակարգ կենսունակություն:

Ինչու՞ է անհրաժեշտ մակերեսային մշակումը:

Չնայած ալյումինը հայտնի է որպես «երբեք չժանգոտող մետաղ», դրա բնական բնութագրերն ունեն երեք հիմնական թերություն.

Կոռոզիայի հակվածություն. խոնավ միջավայրում ալյումինը ռեակցիայի մեջ է մտնում թթվածնի հետ՝ առաջացնելով ալյումինի օքսիդի պաշտպանիչ շերտ, սակայն թթվային կամ ալկալային միջավայրերը կարող են վնասել այս բնական պատնեշը։

Վատ մաշվածության դիմադրություն. մաքուր ալյումինի կարծրությունը կազմում է ընդամենը HV15-20 (պողպատը՝ HV40-60), և քերծվածքները հակված են առաջանալու ամենօրյա շփման ժամանակ։

Գեղագիտական ​​սահմանափակումներ. չմշակված ալյումինե մակերեսը մռայլ է և փայլ չունի, ինչը դժվարացնում է բարձրակարգ դիզայնի պահանջները բավարարելը:

Մակերեսային մշակման տեխնոլոգիան նպատակ ունի լուծել այս խնդիրները՝ ալյումինի մակերեսին ձևավորելով 0.1-500 մկմ հաստությամբ ֆունկցիոնալ ծածկույթ, որը նրան կհաղորդի այնպիսի հատկանիշներ, ինչպիսիք են կոռոզիայի դիմադրությունը, մաշվածության դիմադրությունը և դեկորատիվությունը: Ամեն տարի ամբողջ աշխարհում մակերեսային մշակման է ենթարկվում ավելի քան 200 միլիոն տոննա ալյումին, ինչը ստեղծում է ավելի քան 300 միլիարդ ԱՄՆ դոլարի արտադրական արժեք:

Մակերեսային մշակման հիմնական տեխնոլոգիաների ամբողջական վերլուծություն

Անոդացում. էլեկտրոլիզի կախարդանքը ստեղծում է «զրահ»

Սկզբունք՝ ալյումինե նյութը ընկղմեք ծծմբական թթվի էլեկտրոլիտի մեջ և էլեկտրաֆիկացնելուց հետո մակերեսին առաջացրեք 10-200 մկմ ալյումինե կերամիկական շերտ։

Տեխնիկական առանձնահատկություններ

Մինչև HV300 կարծրություն ունեցող (15 անգամ ավելացած) միկրոմասշտաբի մեղրամոմային կառուցվածքի ձևավորում
Կարող է ներկվել ավելի քան 200 գույներով (օրինակ՝ գրադիենտ կապույտ iPhone-ի համար):

Աղային սփրեյի կոռոզիոն դիմադրություն մինչև 2000 ժամ (սովորական ալյումինե թիթեղի դեպքում՝ միայն 500 ժամ):

Դիմումի դեպք

Ավիատիեզերական. Boeing 787-ի ֆյուզելյաժի կեղևի անոդացված մշակումը երեք անգամ բարելավում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից ծերացման դիմադրությունը:

Շենքի վարագույրային պատ՝ Alucobond կոմպոզիտային վահանակ, անոդացված թաղանթ՝ 50 մկմ հաստությամբ, 50 տարուց ավելի ծառայության ժամկետով։

Էլեկտրագլանացում. Մետաղական ծածկույթների միջսահմանային ինտեգրում

Սկզբունք. Էլեկտրաքիմիական նստեցման միջոցով ալյումինի մակերեսին ծածկվում են նիկելի, քրոմի, անագի և այլ մետաղական շերտեր։

Նորարարական առաջընթաց.

Նանոէլեկտրապլաստում. Ճապոնիան մշակում է ընդամենը 1 մկմ հաստությամբ գերբարակ ծածկույթներ՝ թեթև հիմքի առավելությունը պահպանելու համար։

Կոմպոզիտային էլեկտրոլիտիկ ծածկույթ. ադամանդի մասնիկներ ավելացնելով ծածկույթի լուծույթին՝ կարծրությունը մինչև HV1000 բարձրացնելու համար։

Շրջակա միջավայրի փոխարինում. ցիանիդից զերծ էլեկտրոլիզացման գործընթացը 90%-ով նվազեցնում է ծանր մետաղների արտանետումները։

Կիրառման սցենարներ
Ավտոմոբիլային բաղադրիչներ. Tesla-ի մարտկոցի սկուտեղը պատված է նիկելապատ շերտով, որը կարող է դիմակայել մինչև 800 ℃ բարձր ջերմաստիճաններին։

Էլեկտրոնային արտադրանք. MacBook-ի պատյանը պատված է պղնձե շերտով, ջերմային հաղորդունակությունը բարելավվել է 40%-ով։

Միկրոաղեղային օքսիդացում (MAO). կերամիկական ծածկույթների «ատոմային վառարան»

Տեխնիկական սկզբունքը. Բարձր լարման էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ ալյումինի մակերեսին առաջանում է պլազմային պարպում՝ ձևավորելով 10-200 մկմ կերամիկական շերտ։

Արդյունավետության առավելությունները՝

Մաշվածության դիմադրություն. Մաշվածության մակարդակը կազմում է ընդամենը 5 × 10 ⁻⁷ մմ ³/Ն · մ (անոդացման 1/5-ը):

Մեկուսացման կատարողականություն. մինչև 2000 Վ/մմ խզման լարում (պողպատի լարման 10 անգամ բարձր):

Կենսահամատեղելիություն. բժշկական հավաստագրով նախատեսված է արհեստական ​​հոդերի իմպլանտացիայի համար։

Սահմանային կիրառություններ.

Բժշկական սարքավորումներ. Germany B Braun վիրաբուժական գործիքները մակերեսը պատված են MAO-ով, որն ունի 99.9% հակաբակտերիալ ազդեցություն։

Տիեզերանավի մեկուսացում. NASA-ն մշակել է Al₂O∝ – TiO₂ կոմպոզիտային կերամիկական շերտ, որը դիմացկուն է մինչև 2000 ℃ ջերմաստիճանի։

Քիմիական փոխակերպման թաղանթ՝ «անտեսանելի վահան» կանաչ արտադրության համար

Տեխնիկական առանձնահատկություններ՝ էլեկտրաէներգիայի կարիք չկա, սենյակային ջերմաստիճանում լուծույթում առաջացնում է պաշտպանիչ թաղանթ։

Տիպիկ գործընթաց.

Քրոմատների փոխակերպում. Գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն, սակայն վեցարժեք քրոմը քաղցկեղածին է (արգելված է Եվրոպական Միության կողմից):

Ֆոսֆատ-քրոմատի փոխակերպում. քրոմից զերծ և էկոլոգիապես մաքուր այլընտրանքային լուծում, որն ամբողջությամբ կիրառվում է Ford-ի արտադրական գծում։

Սիլանի մշակում. Մետաղական աղերի փոխարինումը օրգանոսիլանային մոլեկուլներով 70%-ով կրճատում է կեղտաջրերի մաքրման ծախսերը:

Նոր տեխնոլոգիական հեղափոխություն՝ բեկումնային

Նանո ծածկույթ՝ մոլեկուլային մակարդակի ճշգրիտ պաշտպանություն

Հարվարդի համալսարանի կողմից մշակված «բիոմիմետիկ լոտոսի տերևի էֆեկտ» ծածկույթն ունի 160 աստիճանի շփման անկյուն, և ջրի կաթիլները ավտոմատ կերպով գլորվում են։Գերմանիայից արտադրված BASF նանոկերամիկական ծածկույթը՝ 200 նմ հաստությամբ, կարող է դիմակայել ավազի և խճաքարի հարվածներին։

Ինքնաբուժվող ծածկույթ. նյութերի «ինքնավերականգնում»

Ճապոնական Kansai Coatings ընկերությունը մշակել է միկրոկապսուլային ինքնաբուժման համակարգ, որը վերականգնողական նյութեր է արտազատում քերծվածքների տեղերում՝ թույլ տալով 24-ժամյա վերականգնում։
Չինաստանի գիտությունների ակադեմիայի Հեֆեյի նյութագիտության և տեխնոլոգիայի ինստիտուտը մշակել է ջերմահաղորդական ծածկույթ, որը ավտոմատ կերպով վերականգնվում է ջերմության ազդեցության տակ։

Ինտելեկտուալ գույնը փոխող ծածկույթ. մակերես, որը կարող է «մտածել»

Իսրայելից Gentex էլեկտրաքրոմային ապակի, լույսի թափանցելիությունը կարգավորվում է լարման միջոցով (1% -80%)
Գերմանական Merck էլեկտրոնային թանաքի տեխնոլոգիան ապահովում է ալյումինե թիթեղների վրա մակերեսային նախշերի դինամիկ փոխարկում:

Արդյունաբերության կիրառման համայնապատկեր

Սպառողական էլեկտրոնիկա. ճշգրիտ արհեստագործության ցուցադրություն

Huawei Mate շարքի շրջանակը պատված է միկրոարևային օքսիդացման + PVD ծածկույթով՝ ընդամենը 0.6 մմ հաստությամբ։Samsung Galaxy S24 Ultra-ի շրջանակը պատրաստված է ադամանդի նման ածխածնային թաղանթից (DLC)՝ HV900 կարծրությամբ։

Նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցներ. թեթևության և անվտանգության հավասարակշռություն

BYD մարտկոցի սկուտեղը ծածկված է անոդացված + էպօքսիդային խեժով, UL94 V-0 կրակակայուն դասի
BMW iX շասսիի զրահը պատված է կերամիկացված սիլանով, որը 30%-ով նվազեցնում է քաշը և դիմացկուն է հարվածներին։

Ճարտարապետական ​​​​վարագույրի պատ. Քաղաքային գեղագիտության տեխնոլոգիական արտահայտություն

Դուբայի Բուրջ Խալիֆայի արտաքին պատերը պատված են ֆտորածխածնային նյութով, որը մինչև 50 տարի դիմադրում է եղանակային պայմաններին։
Շանհայի կենտրոնական շենքի աշտարակի պսակը պատրաստված է ֆոտոկատալիզի ինքնամաքրվող ծածկույթով՝ անձրևից հետո փոշին հեռացնելու համար։

 
Ապագայի միտումներ և մարտահրավերներ

Կանաչ արտադրության վերափոխում

Կենսաբանական հիմքով փոխակերպման միջոց. բուսական քաղվածքների օգտագործումը ավանդական քիմիական նյութերի փոխարինման համար
Ցածր ջերմաստիճանի պլազմային մշակում. էներգիայի սպառումը կրճատվել է 50%-ով, կեղտաջրերի արտանետում չկա։

Բազմաֆունկցիոնալ ինտեգրացիա

Գերհիդրոֆոբ, հակաբակտերիալ և հաղորդիչ երեքը մեկում ծածկույթի հետազոտություն և մշակում
Ձգվող էլեկտրոնային ծածկույթ. պահպանում է հաղորդունակությունը նույնիսկ 300% ձգման դեպքում։

Ինտելեկտուալ զարգացում

Սենսորային ինտեգրված ծածկույթ. նյութի առողջության վիճակի իրական ժամանակի մոնիթորինգ։

Լույսին արձագանքող գույնի փոփոխվող ծածկույթ. ավտոմատ կերպով կարգավորում է գույնի խորությունը՝ ըստ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ինտենսիվության։